在Matlab中调用C/C++程序<一>

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师兄的博客。

在Matlab中调用C/C++程序有以下优点：

（1）对于用C/C++语言编写好的程序，我们不需要再改写成Matlab程序；

（2）在Matlab中执行特别慢的程序，可以编写成C/C++函数以加快运算速度。如Matlab执行多层for循环速度特别慢，可以考虑用C/C++来实现这部分功能。

为了能够调用C/C++程序，必须首先按照Matlab的标准将其编译成MEX文件。MEX文件是Matlab可以识别的动态链接二进制文件。MEX是Matlab executable的缩写。

创建MEX文件包含以下步骤。（我们以矩阵的加法为例）

1. 准备好C/C++源程序。这部分工作可以在C/C++的集成开发环境中完成。本文使用的是Visual Studio 2008。

新建H文件MatrixAdd.h，内容如下：

#ifndef MATRIX_ADD_H
#define MATRIX_ADD_H 

// C = A + B
void MatrixAdd(double *A, double *B, double *C, int M, int N); 

#endif

 

新建CPP文件MatrixAdd.cpp，内容如下：

#include "MatrixAdd.h"

void MatrixAdd(double *A, double *B, double *C, int M, int N)
{
 for (int i = 0; i < N; i++)
 {
  for (int j = 0; j < M; j++)
  {
   int offset = i * M + j;
   C[offset] = A[offset] + B[offset];
  }
 }
}

 

2.  创建接口函数，也就是编写mexFunction函数。Matlab通过这个函数与C/C++编写的程序进行数据传递，必须严格按照Matlab的标准编写。这部分工作可以在Matlab的Editor中实现，也可以在Visual Studio 2008中实现。

mexFunction的函数原型如下：

void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]);

nlhs表示输出参数的个数（The number of left-hand output arguments），也是数组plhs的长度。

plhs表示输出参数的指针数组（The array of left-hand output arguments），长度为nlhs。例如：plhs[0]指向第一个输出参数的地址，plhs[1]指向第二个输出参数的地址。指针类型为mxArray，mxArray为Matlab提供的一个结构体，并提供了一系列函数来对该结构体进行操作。

nrhs表示输入参数的个数（The number of right-hand intput arguments），也是数组prhs的长度。

prhs表示输出参数的指针数组（The array of right-hand intput arguments），长度为nrhs。一般用const修饰prhs，表示输入的数据不能改变。

我们新建CPP文件mexFunction.cpp，内容如下。

#include <mex.h>
#include "MatrixAdd.h"

void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
 if (nrhs != 2)
 {
  mexErrMsgTxt("Two input arguments required.");
 }
 else if (nlhs != 1)
 {
  mexErrMsgTxt("Too many output arguments.");
 }

 int M = mxGetM(prhs[0]);
 int N = mxGetN(prhs[0]);
 if ((M != mxGetM(prhs[1])) || N != mxGetN(prhs[1]))
 {
  mexErrMsgTxt("Matrix dimensions must agree.");
 }

 double *A = mxGetPr(prhs[0]);
 double *B = mxGetPr(prhs[1]);

 plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(M, N, mxREAL);
 double *C = mxGetPr(plhs[0]);

 MatrixAdd(A,B,C,M,N);
}

注意：

（1） 对于输出参数，我们必须手动为其分配空间，相关函数为mxCreateDoubleMatrix。

（2） Matlab中的二维数组是按列存储的，因此通过函数mxGetPr获得的指针所指向的数组的元素也是按列存储的，在C/C++函数中取值的时候一定要注意。

 

3. 将文件MatrixAdd.cpp，MatrixAdd.h和mexFunction.cpp放到同一目录下，如C:\Users\hbc\Matlab，打开Matlab，在Command Window窗口中输入 cd C:\Users\hbc\Matlab，即将Current Folder设置为C:\Users\hbc\Matlab。

然后输入 mex -setup，按照提示选择合适的编译器，此处为Microsoft Visual C++ 2008 SP1。

再输入 mex MatrixAdd.cpp mexFunction.cpp，完成编译后，生成文件MatrixAdd.mexw32。在以后使用时，我们仅需要MatrixAdd.mexw32即可。

注意：

（1）生成的mexw32文件以mex后的第一个文件命名，因此需要把MatrixAdd.cpp放在mexFunction.cpp的前面。

（2）文件扩展名mexw32表示Windows 32平台下的mex文件，在Windows 64平台下的扩展名为mexw64，在Linux 32平台下的扩展名为mexglx，在Linux 64平台下的扩展名为mexa64。

（3） 如果我们把扩展名改为dll，也可以正常使用，但会产生如下警告信息：

Warning: Calling MEX-file 'C:\Users\hbc\Matlab\MatrixAdd.dll'.
MEX-files with .dll extensions will not execute in a future version of MATLAB.

这是因为在Windows 32平台上，从Version 7.1开始，Matlab将dll作为与mexw32等价的MEX文件扩展名。Version 7.10以后，Matlab不再支持创建以dll作为扩展名的MEX文件，但可以执行以dll为扩展名的MEX文件。未来的版本可能不再支持以dll为扩展名的MEX文件，因此最好都以mexw32为扩展名。

 

4. 下面测试一下我们的函数。

>> A=rand(100,100);
>> B=rand(100,100);
>> C=MatrixAdd(A,B);
>> norm(C-A-B)

ans =

  1.1437e-015